北部灣沉積物粘土礦物分布特征及其環(huán)境意義

何海軍，甘華陽，石要紅，劉文濤

(國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東廣州 510075)

北部灣沉積物粘土礦物分布特征及其環(huán)境意義

何海軍，甘華陽，石要紅，劉文濤

(國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東廣州 510075)

本文以南海北部灣SO-31沉積柱為研究對(duì)象，研究了14C年代學(xué)和粘土礦物學(xué)特征，并對(duì)部分全球氣候事件進(jìn)行了對(duì)比，為古環(huán)境、古氣候的恢復(fù)提供基礎(chǔ)資料，也為全球重大氣候事件在該區(qū)域的響應(yīng)提供信息。結(jié)果顯示全新世以來地層沉積正常，平均沉積速率為0.57mm/a。粘土成分主要由蒙脫石、伊利石、高嶺石和綠泥石組成，組合類型為蒙脫石-伊利石-高嶺石-綠泥石型。全新世以來環(huán)境氣候演變可劃分為五個(gè)階段：低溫期階段、干濕交替的寒冷氣候階段、逐漸升溫階段、干旱溫暖氣候階段、濕熱階段。氣候在每個(gè)階段背景下還存在一些次級(jí)波動(dòng)，總體趨勢(shì)為干濕交替，溫度逐漸上升。由于海域環(huán)境及礦物指標(biāo)的影響，北部灣SO-31沉積柱粘土礦物記錄的降溫事件時(shí)間比其他指標(biāo)記錄的新仙女木降溫事件發(fā)生時(shí)間滯后500～800a。

粘土礦物 分布特征 環(huán)境意義 沉積速率 北部灣

He Hai-jun, Gan Hua-yang, Shi Yao-hong, Liu Wen-tao. Distribution features of clay minerals in sediments of the Beibu Gulf and their environmental significance[J]. Geology and Exploration,2016,52(3):0584-0593.

0 引言

近年來，孢粉、地球化學(xué)元素、粒度、磁化率、氧同位素等環(huán)境指標(biāo)已被廣泛運(yùn)用于氣候環(huán)境方面研究，對(duì)重建古氣候冷、暖周期性變化，恢復(fù)氣候演化過程具有重要意義(吳江瀅等，2007;王心源等，2008；Lietal.，2010;劉堅(jiān)等，2012)。隨著對(duì)全球變化研究的重視，以粘土礦物為手段來恢復(fù)古氣候的方法受到世界各國(guó)許多學(xué)者的關(guān)注和采納，粘土礦物及其組合反映的氣候環(huán)境變化具有與其他指標(biāo)所反映的氣候環(huán)境信息同等重要的意義(Robert，2004；Junttilaetal.，2005；Ehrmannetal.，2007；Gingeleetal.，2007；Hamannetal.，2009；Frankeetal.，2010)。在一定時(shí)期內(nèi)，區(qū)域地質(zhì)背景的可變性較小，而氣候環(huán)境變化則會(huì)迅速破壞沉積環(huán)境的水熱平衡，影響粘土礦物的組合特征及含量。通過對(duì)粘土礦物的組合特征、含量等方面研究，結(jié)合精確的地質(zhì)測(cè)年技術(shù)，可以揭示區(qū)域氣候環(huán)境在地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)的演化過程(程捷等，2003；史興民等，2007)。前人對(duì)南海北部灣地質(zhì)背景(宋剛練，2012)、古氣候和古環(huán)境做了大量研究，在氣候演變方面取得了一定的認(rèn)識(shí)(Lietal.，2010;吳敏等，2007，2011)，研究對(duì)象均為表層沉積物或分辨率低的柱狀沉積物，難以精確反映氣候環(huán)境演變信息，但其研究成果確立了人們對(duì)沉積物中粘土礦物的總體認(rèn)識(shí)，給后來的研究者提供了更多可選的研究方法。本文以北部灣SO-31沉積柱為研究對(duì)象，進(jìn)行高密度取樣，分析粘土礦物垂向含量變化和組合特征，結(jié)合沉積物中有孔蟲14C測(cè)年技術(shù)，構(gòu)建地層年代序列，進(jìn)一步揭示北部灣粘土礦物的古氣候環(huán)境指示意義及全新世以來古氣候演化過程，為該地區(qū)的古環(huán)境、古氣候恢復(fù)提供基礎(chǔ)資料。本文還進(jìn)行部分全球氣候事件對(duì)比，也可以為全球重大氣候事件變?cè)谠搮^(qū)域的響應(yīng)提供證據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

SO-31沉積柱位于南海北部灣(圖1)，采樣位置為E107°22′12.00″，N18°37′25.20″。北部灣地處熱帶和亞熱帶，冬季受大陸冷空氣的影響盛行東北季風(fēng)，夏季盛行西南風(fēng)，年平均氣溫24.5°C。研究區(qū)構(gòu)造位置位于南海西北陸架，是一個(gè)西、北、東三面環(huán)陸的半封閉型淺水海灣，也是南海最大的海灣。它西傍越南，北靠華南大陸，東倚雷州半島和海南島，并有瓊州海峽與珠江口外海域相聯(lián)，南通外海，沿岸岸線曲折，港灣主要分布于北岸。灣內(nèi)水深在0～100m之間，灣內(nèi)水深總體趨勢(shì)是自北向南逐漸增大，海底地形相對(duì)平坦。紅河及沿岸河流是該區(qū)的主要物質(zhì)來源，珠江沉積物也可以通過瓊州海峽達(dá)到該區(qū)域(Tang Danlingetal.，2003)。

圖1 SO-31取樣位置圖Fig.1 Sampling locality of core SO-31 1-地名；2-取樣站位；3-河流1-place name；2-sample location；3-river

1.2 樣品及測(cè)試方法

2012年中德聯(lián)合調(diào)查在北部灣利用重力取樣器獲取了SO-31沉積柱，樣品長(zhǎng)738cm，在室內(nèi)按1cm的厚度3cm的間隔從上到下取樣，共246個(gè)粘土礦物樣品。分樣過程中，采用頂、底及局部控制的方法，共取9個(gè)年齡樣品。14C測(cè)年在美國(guó)貝塔實(shí)驗(yàn)室(Beta Analytic Inc)完成，在SO-31沉積柱9個(gè)不同深度位置挑選出同一種類的底棲有孔蟲進(jìn)行AMS14C測(cè)年。

粘土礦物在自然界中基本都是以碎屑礦物和自生礦物2種形式存在，前者主要用于解釋源區(qū)氣候變化，后者反映沉積區(qū)的氣候變化(陳濤等，2005)。由于碎屑粘土礦物粒徑往往大于自生粘土礦物粒徑，在實(shí)驗(yàn)前用物理離心分離的方法將其分開，部分無法物理分離時(shí)，用Decoform軟件對(duì)XRD衍射峰進(jìn)行擬合與分解，從而將其分開。粘土礦物的提取是先用鹽酸和雙氧水進(jìn)行分散和去除碳酸鹽及有機(jī)質(zhì)，并制成穩(wěn)定懸浮液，然后根據(jù)Stokes法則提取粒徑<2 um的成分，將提取液離心，去上清液，制定定向片進(jìn)行粘土礦物的鑒定(周曉靜等，2009)。

粘土礦物分析依據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查》GB/T12763.8-2007進(jìn)行。每個(gè)樣品制取自然定向片、乙二醇飽和片和450℃加熱片進(jìn)行分析。分析儀器為理學(xué)(Rigaku)D/Max 2500PC型18kW粉末衍射儀，實(shí)驗(yàn)條件：CuKα(1.5418?)，石墨單色器，管電壓為40kV，管電流為200mA，掃描方式為θ/2θ掃描，掃描速度8°(2θ)/分，采數(shù)步寬0.02°(2θ)，環(huán)境溫度25±2℃，濕度60%±5%。自然定向片和加熱片的2θ掃描角度區(qū)間為2.5°～15°，乙二醇飽和片的掃描角度區(qū)間2.5～30°。

粘土礦物鑒定主要依據(jù)定向片的X衍射圖譜進(jìn)行，蒙脫石(含伊利石/蒙脫石隨機(jī)混層礦物)采用1.7nm(001)晶面, 伊利石采用其1nm(001)晶面，高嶺石(001)和綠泥石(002)使用0.7nm疊加峰。粘土礦物相對(duì)含量的半定量計(jì)算據(jù)Biscaye方法(Biscaye P E，1965)。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

粘土礦物半定量分析采用CLAYQUAN 2007軟件完成，礦物含量及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)選用Excel 及SPSS Statistics v22.0(IBM Corp.，美國(guó))軟件。圖件采用Excel及Grapher9軟件處理。14C年齡數(shù)據(jù)使用Calib7.0.1軟件對(duì)所獲得的14C年齡進(jìn)行日歷年齡校正，選取離取樣站位最近的西沙群島3個(gè)已知點(diǎn)的平均值利用marine04.14C校正數(shù)據(jù)庫進(jìn)行海洋碳庫效應(yīng)校正(Lietal.，2010)。本文采用校正后年齡(2σ，95%)，同時(shí)參考區(qū)間值。

2 結(jié)果

2.114C年齡及沉積速率

SO-31沉積柱14C年齡結(jié)果見表1。測(cè)年結(jié)果與地層正常沉積序列一致，并與深度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系(圖2)。計(jì)算沉積速率通過兩個(gè)測(cè)年點(diǎn)的線性關(guān)系得到，不考慮沉積物的固結(jié)壓實(shí)和沉降作用。沉積柱垂向巖性變化不大，根據(jù)各段沉積速率并參考整段平均沉積速率，通過線性內(nèi)插外延可以獲得其余各深度點(diǎn)的年齡，建立年代序列。經(jīng)計(jì)算，底部738cm的年齡為12850Cal.aBP，樣品的平均分辨率為52a，最高分辨率21.43a。11040～10590Cal.aBP沉積速率最快，為1.40 mm/a；10590～5140 Cal.aBP沉積速率最慢，為0.13 mm/a；12850 Cal.aBP以來的平均沉積速率為0.57mm/a，見表2。

表1 SO-31沉積柱AMS14C測(cè)年結(jié)果

注：沉積物有孔蟲14C測(cè)年在美國(guó)BETA實(shí)驗(yàn)室完成。

表2 SO-31沉積柱各段平均沉積速率與樣品分辨率

圖2 SO-31沉積柱14C年齡與深度關(guān)系Fig 2 14C age and depth of sediment in core SO-31

圖3 SO-31沉積柱粘土礦物X射線衍射圖譜(以135～138cm段樣品為例)Fig.3 X-ray diffractogram of clay minerals in core SO-31(with 135～138cm as an example)

2.2 粘土礦物組合類型

SO-31沉積柱0～566cm為暗灰綠色淤泥，567～738cm為棕灰色泥，水平層理發(fā)育，無生物擾動(dòng)結(jié)構(gòu)，粒度未見明顯變化，沉積環(huán)境穩(wěn)定，為連續(xù)沉積。粘土成分主要由4種粘土礦物組成(表3)，X射線衍射圖譜見圖3。粘土礦物相對(duì)含量中，蒙脫石含量最高，為30%～64%，平均51.6%，其次為伊利石13%～43%，平均23.1%，高嶺石10%～18%，平均13.9%，綠泥石9%～15%，平均11.4%，組合類型為蒙脫石-伊利石-高嶺石-綠泥石型。

表3 SO-31沉積柱粘土礦物含量表

2.3 粘土礦物分布特征

粘土礦物各指標(biāo)隨深度的變化曲線見圖4，各指標(biāo)出現(xiàn)較為明顯的波動(dòng)，總體分為5個(gè)段。

第一段：深度738～605cm。自下而上蒙脫石含量處于相對(duì)較低水平，呈增加趨勢(shì)，從35%增加至59%，平均40.6%；高嶺石含量11%～15%，平均13.5%，呈逐漸降低趨勢(shì)；伊利石含量從41%降至21%，平均34.4%，總體處于較高水平；綠泥石含量9%～12%，平均11.4%。伊利石向蒙脫石、高嶺石演化趨勢(shì)明顯，各礦物含量有波動(dòng)。

圖4 SO-31 站位沉積物粘土礦物含量、礦物學(xué)指標(biāo)變化、粒度變化、沉積年代和古氣候事件對(duì)比圖Fig.4 Comparison of content of clay mineral, mineral,grain size, sediment time and paleoclimate events 1-砂；2-粉砂；3-粘土1-sand；2-silt；3-clay

第二段：深度605～515cm。蒙脫石含量52%～62%，平均含量為57.7%；伊利石含量17%～29%，平均20.7%，自下而上有減少的趨勢(shì)；高嶺石含量10%～14%，平均11.84%，自下而上有下降的趨勢(shì)；綠泥石含量9%～12%，平均9.7%。蒙脫石含量穩(wěn)定在高值區(qū)，而伊利石含量穩(wěn)定在低值區(qū)。

第三段：深度515～351cm。高嶺石含量11%～18%，平均14%，呈增加趨勢(shì)；綠泥石含量9%～14%,平均10.9%，呈波動(dòng)變化，總體穩(wěn)定；蒙脫石含量47%～64%，平均57.0%，呈降低趨勢(shì)；伊利石含量13%～28%，平均18.2%，呈降低趨勢(shì)。

第四段：深度351～80cm。蒙脫石含量42%～59%，平均51.5%，自下而上有降低的趨勢(shì)；伊利石含量17%～31%，平均22.5%，自下而上有升高的趨勢(shì)；高嶺石含量12%～16%，平均14.2%，基本保持不變；綠泥石含量10%～14%，平均10.7%。各礦物含量均出現(xiàn)了大范圍的波動(dòng)。

第五段：深度80～0cm。蒙脫石含量51%～55%，平均52.8%；伊利石含量16%～21%，平均18.5%，有明顯降低的趨勢(shì)；高嶺石含量15%～18%，平均15.6%，呈增加趨勢(shì)；綠泥石含量12%～14%，平均13%。

3 討論

3.1 粘土礦物的物質(zhì)來源

海洋沉積物中粘土礦物用于古氣候研究的前提是確定粘土礦物的物源區(qū)。北部灣中部陸架淺海區(qū)沉積速率慢，水動(dòng)力條件較強(qiáng)，可以忽略次生粘土礦物和成巖作用。北部灣的物源包括紅河、海南和廣西河流、越南沿岸小河直接輸出的沉積物以及珠江通過瓊州海峽輸送的陸源顆粒物質(zhì)。越南沿岸小河輸出的沉積物，在越南沿岸流的作用下主要向南輸送，難以到達(dá)北部灣中部。瓊州海峽和雷州半島西部、海南島西部等海區(qū)沿岸侵蝕也可能會(huì)提供少量沉積物，但這些沉積物的數(shù)量及其粘土礦物組分還不清楚，所以忽略其貢獻(xiàn)。

崔振昂等(2010)通過地球化學(xué)研究了該區(qū)的物質(zhì)來源，全新世以前，海平面較低，紅河和周邊海岸侵蝕物為重要物源;全新世早期，隨著海平面的逐漸上升，河口和岸線逐漸后退，紅河和周邊陸區(qū)侵蝕依然是沉積區(qū)的主要物源，但相對(duì)而言紅河貢獻(xiàn)率有所下降。中全新世至，海平面繼續(xù)上升，隨著瓊州海峽的打開，紅河對(duì)研究區(qū)物源供給逐漸變小，來自北部灣東部海域物質(zhì)是本區(qū)沉積物主要物源。

紅河每年直接向北部灣輸入約130×106t懸浮沉積物，是北部灣沉積物的主要來源；紅河輸出的粘土礦物以伊利石為主(平均為44%)，含中等含量的高嶺石(26%)和綠泥石(23%)以及少量的蒙脫石(7%)(Liuetal.，2007)。珠江每年輸出約69×106t懸浮沉積物，其提供的粘土礦物主要為高嶺石(46%)、伊利石(35%)和綠泥石(18%)，幾乎不含蒙脫石(1%)(Liuetal.，2010)。海南和廣西的河流每年直接向北部灣輸出約3×106t懸浮沉積物，此沉積物輸送量相對(duì)紅河和珠江而言很小，所以這些河流對(duì)沉積柱中的粘土礦物組合影響非常小。

SO-31沉積柱中蒙脫石含量高達(dá)51.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于周邊所有河流沉積物中蒙脫石的含量。粘土礦物的差異沉降和分選作用可能會(huì)造成海洋沉積物中蒙脫石相對(duì)含量偏高(劉志飛等，2011),根據(jù)粒徑大小的物理分選作用(Gibbs Ronald J. 1997)，粒徑較大的伊利石、綠泥石和高嶺石優(yōu)先在靠近河口的海區(qū)沉降下來；而顆粒較小的蒙脫石則容易被搬運(yùn)到遠(yuǎn)離河口的區(qū)域。遠(yuǎn)離河口的地區(qū)，蒙脫石含量相對(duì)富集，這一點(diǎn)已經(jīng)在南海東北部、密西西比河和亞馬遜河的粘土礦物研究中得到了證實(shí)(周世文等，2014)。

珠江提供的粘土礦物幾乎不含蒙脫石(Liu Zhifeietal.，2010),因此SO-31沉積柱的蒙脫石主要來自于紅河。紅河輸出的粘土礦物進(jìn)入北部灣以后首先在越南沿岸流作用下向南搬運(yùn)，粒徑較大的伊利石、綠泥石和高嶺石的含量隨搬運(yùn)距離增加快速降低；蒙脫石由于粒徑較小，更容易懸浮在海水中，其相對(duì)含量逐漸增加。之后，這些懸浮于海水中的粘土礦物，受到北部灣逆時(shí)針環(huán)流影響，轉(zhuǎn)而向東北方向搬運(yùn)，逐漸沉降在北部灣中部。

4種礦物中，蒙脫石與其他3種礦物變化趨勢(shì)基本相反。蒙脫石與伊利石、高嶺石和綠泥石的相關(guān)系數(shù)分別為R=-0.92、R=-0.27和R=-0.40；高嶺石與綠泥石的相關(guān)系數(shù)為R=0.85，蒙脫石與伊利石、高嶺石和綠泥石來自不同源區(qū)。

綜上，SO-31沉積柱蒙脫石主要由紅河提供，全新世早期伊利石、高嶺石和綠泥石主要來自紅河，中全新世以來伊利石、高嶺石和綠泥石主要來自珠江。

3.2 粘土礦物的古氣候指示

粘土礦物的形成及演變攜帶著豐富的氣候變化信息。氣候溫暖潮濕有利于高嶺石的形成，此后如果氣候轉(zhuǎn)變?yōu)楦稍?，高嶺石形成的氣候信息特征將很可能被保存下來(湯艷杰等，2002)。以高嶺石為主、含伊利石和綠泥石時(shí)，反映當(dāng)時(shí)氣候變冷的環(huán)境(Cruz，1999)。氣候干燥、淋濾作用弱對(duì)伊利石的形成和保存有利，蒙脫石易形成于干濕交替的氣候環(huán)境(Keller，1970)，它的存在是寒冷氣候特征的反映。綠泥石和伊利石含量增加一般代表逐漸變?yōu)楦珊档臍夂驐l件(Vanderaveroet，2000；Gingele，2001)。在縱向分布的地層中，單一粘土礦物很少出現(xiàn)，一般為幾種粘土礦物的組合，可以利用(I/S+I)/K含量比值的礦物學(xué)指標(biāo)指示古氣候環(huán)境事件，高值反映降溫并潮濕的氣候事件，低值反映升溫或干燥的氣候事件(吳敏等，2011)。

根據(jù)粘土礦物的氣候環(huán)境指示意義、礦物含量和組合波動(dòng)特征，將北部灣全新世以來的氣候環(huán)境演變劃分為5個(gè)階段。

第一階段：738～605cm，12850～11040cal.aBP，晚冰期低溫期階段。高嶺石含量相對(duì)較低，伊利石含量相對(duì)較高，并表現(xiàn)出波動(dòng)變化趨勢(shì)，蒙脫石含量有增加的趨勢(shì)，反映該時(shí)期氣候波動(dòng)劇烈，氣候由干燥、淋濾作用弱轉(zhuǎn)變?yōu)楹洹⒘転V作用強(qiáng)，晶格混層中的K+不斷淋失，致使伊利石向蒙脫石演化。多代用指標(biāo)均指示氣候?yàn)楹涑睗竦淖兓卣鳌?/p>

第二階段：605～515cm，11040～8750cal.aBP，干濕交替向溫暖過渡階段。高嶺石含量變化不大；伊利石含量表現(xiàn)出波動(dòng)降低的趨勢(shì)；蒙脫石含量穩(wěn)定在高值區(qū)，并有增加的趨勢(shì)，而伊利石含量則穩(wěn)定在低值區(qū)，伊利石向蒙脫石演化趨勢(shì)不明顯，多代用指標(biāo)顯示古氣候?yàn)楦蓾窠惶娴暮錃夂螂A段。雖然寒冷，但氣溫較前一階段升高，正向溫暖期過渡。11040cal.aBP有一次降溫標(biāo)志，根據(jù)時(shí)間推算，此次降溫與新仙女木降溫事件有關(guān)，即新仙女木(Younger Dryas)冷事件。

第三階段：515～351cm，8750～3670cal.aBP，逐漸升溫階段。高嶺石含量呈逐步升高的趨勢(shì)；伊利石和蒙脫石含量呈波動(dòng)降低的趨勢(shì)；蒙脫石含量穩(wěn)定在高值區(qū)，而伊利石含量則穩(wěn)定在低值區(qū)，伊利石向蒙脫石、高嶺石演化趨勢(shì)明顯，綠泥石有逐漸增加的趨勢(shì)，代表氣候逐漸變?yōu)楦珊?，多代用指?biāo)顯示古氣候?yàn)橹饾u轉(zhuǎn)暖階段。

8700cal.aBP發(fā)生的全新世最大降溫事件，在礦物組合上均有明顯的指示，在5700cal.aBP發(fā)生了一次較大的降溫事件，即受新冰期第二期的影響。4670cal.aBP中國(guó)南方最大的降溫事件，它們?cè)诘V物組合均表現(xiàn)出相似的特征。

第四階段：351～80cm，3670～510cal.aBP，總體反映干旱溫暖氣候。高嶺石變化不大，伊利石和蒙脫石出現(xiàn)峰值。伊利石和綠泥石較前一階段明顯增加，高嶺石含量較前一階段偏高，蒙脫石降低，反映逐漸轉(zhuǎn)換為干旱溫暖的氣候特征。3320cal.aBP氣候較冷，對(duì)應(yīng)北美洞穴記錄降溫事件，2800cal.aBP有一次干旱降溫事件。此外，在粘土礦物組合特征反映1450cal.aBP左右有一次降溫事件，這與歷史記載的南北朝冷期基本對(duì)應(yīng)。

第五階段：78～0cm，510cal.aBP以來，濕熱階段。內(nèi)各礦物含量相對(duì)較穩(wěn)定，高嶺石處于相對(duì)高水平，伊利石處于相對(duì)低水平。蒙脫石含量與前一階段大致相當(dāng)，伊利石含量略減，反映氣候濕熱、風(fēng)化淋濾作用強(qiáng)。在粘土礦物組合特征中，330cal.aBP存在一次高溫事件，與全新世幾個(gè)特征時(shí)期的中國(guó)氣候(王紹武等，2000)描述的千年以來氣候變化對(duì)應(yīng)。100cal.aBP以來，氣溫逐漸上升，與全球氣候變暖有直接的關(guān)系。

此外，在五個(gè)階段里，各值還出現(xiàn)一定的高低波動(dòng)，還可以進(jìn)一步劃分出多個(gè)小的階段。SO-31沉積柱粘土礦物中蒙脫石占優(yōu)勢(shì)，其代表著干濕交替的氣候特征，不同氣候事件的時(shí)間跨度、波動(dòng)幅度存在一定差異，這些差異的存在也可能是不同沉積環(huán)境下沉積物對(duì)氣候變化相應(yīng)的差異、氣候環(huán)境變化的區(qū)域特征以及年度控制準(zhǔn)確性等記錄結(jié)果的影響，與西太平洋暖池沉積氣候變化特征相似(顏文等，2006)。

3.3 古氣候事件對(duì)比

SO-31沉積柱粘土礦物指標(biāo)反映的古氣候環(huán)境都有較好的研究來證明或?qū)Ρ?表4)，尤其是605cm處指示的“新仙女木降溫事件”、520cm處指示的全新世最大幅度降溫事件，340cm處指示的降溫事件。粘土礦物指示氣候事件的同時(shí)，也缺失部分其他研究成果的顯著氣候變化事件，主要是由于沉積速率差異，10590～5140cal.aBP之間的沉積速率最慢，為0.13mm/a，對(duì)事件的分辨率有限。另外，溫度和濕地對(duì)粘土礦物的影響和改變需要一段時(shí)間，粘土礦物含量變化的對(duì)應(yīng)的年齡滯后于氣候事件發(fā)生的年齡。

貴州董歌石筍氧同位素?cái)?shù)據(jù)、格陵蘭冰芯(GISP2)數(shù)據(jù)、西太平洋暖池地區(qū)MD01-2387Mg/Ca比值數(shù)據(jù)與SO-31沉積柱粘土礦物對(duì)比分析可以看出各時(shí)期出現(xiàn)的變化特征相似(圖5)。全球較大的降溫事件新仙女木降溫事件在格陵蘭記錄時(shí)間要比SO-31記錄的時(shí)間早500～800a，即該降溫事件在南海北部沉積物粘土礦物記錄時(shí)間要比該事件在太平洋地區(qū)發(fā)生的時(shí)間滯后500～800a。

西太平洋暖池地區(qū)WP92-5柱狀樣浮游有孔蟲記錄研究發(fā)現(xiàn)在年齡約為9.7～11.1kaBP，反映了一次明顯的表層海水降溫事件(涂霞等，2005)，浮游有孔蟲暖水種/(冷水種+暖水種)的含量比值在該段也相當(dāng)較低，指示了相對(duì)較冷的表層海水環(huán)境。該事件在年代上與格陵蘭冰芯記錄的YD事件大致相當(dāng)。磁化率記錄的YD冷事件研究也推算YD冷事件年齡約為11.5～10.6kaBP之間(湯賢贊等，2003)。REE記錄的沉積序列及特征氣候事件研究，認(rèn)為12.5ka是YD事件的時(shí)間(李春娣等，2005)。這些結(jié)果與SO-31沉積柱粘土礦物所反映的11040cal.aBP基本吻合，REE指標(biāo)對(duì)YD事件的響應(yīng)總體上超前于磁化率、古生物和粘土礦物，時(shí)間上的差別主要是受海域環(huán)境以及不同指標(biāo)及其對(duì)環(huán)境變化敏感程度等因素影響所致。

表4 SO-31沉積柱粘土礦物學(xué)指標(biāo)的氣候事件對(duì)比

圖5 SO-31沉積柱沉積記錄與GISP2冰芯記錄、董歌洞石筍記錄、西太平洋暖池地區(qū)MD01-2387記錄的對(duì)比Fig.5 Comparison of climatic proxies among SO-31,GISP2 ice core,Dongge stalagmite δ18O record and MD01-2387 record in the Western Pacific Warm Pool a-GISP冰芯氧同位素記錄(Stuiver et al.，1997)；b-董歌洞石筍同位素記錄(Yuan et al.，2004)；c-西太平洋陽暖池區(qū)Mg/Ca-SST記錄(Xu et al.，2008)；d,e,f-SO-31沉積柱記錄

4 結(jié)論

(1)SO-31粘土礦物XRD衍射分析顯示，主要有蒙脫石、伊利石、高嶺石和綠泥石等4種粘土礦物，其相對(duì)平均含量分別為51.61%、23.09%、13.90%、11.44%，組合類型為蒙脫石-伊利石-高嶺石-綠泥石型。

(2)沉積柱年代序列顯示，全新世以來地層沉積正常，沒有沉積擾動(dòng)事件發(fā)生；11040～10590cal.aBP之間的沉積速率最快，為1.40mm/a；10590～5140cal.aBP之間的沉積速率最慢，為0.13mm/a；12850cal.aBP以來的平均沉積速率為0.57mm/a。

(3)12850Cal.aBP以來，氣候總體趨勢(shì)為干濕交替，溫度逐漸上升，主要經(jīng)歷了低溫期階段、干濕交替的寒冷氣候階段、逐漸升溫階段、干旱溫暖氣候階段、濕熱階段共五個(gè)階段，而且每個(gè)階段存在一定的氣候波動(dòng)。

(4)由于海域環(huán)境及礦物指標(biāo)的影響，北部灣SO-31粘土礦物記錄的降溫事件時(shí)間較其他指標(biāo)記錄的新仙女木降溫事件發(fā)生時(shí)間滯后500～800a。

Biscaye P E.1965. Mineralogy and sedimentation of recent deep-seaclay in the Atlantic Ocean and adjacent seas and oceans[J] .Geological Society of America Bulletin, 76:803-832

Chen Jie,Tang De-xiang,Zhang Xu-jiao,Tian Ming-zhong,Li Yan. 2003.Research on the Holocene Climate in the Source Area of the Yellow River by Clay Minerals[J] .Geoscience. 17(1):47-51(in Chinese with English abstract)

Chen Tao,Wang He-jin,Zhang Zu-qing,Wang Huan. 2005. An Approach to Paleoclimate-Reconstruction by Clay Minerals[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis. 41(2):309-406(in Chinese with English abstract)

Cruz M. 1999.Clay Mineral Assemblages in Flysch from the Campo de Gibraltar Area (Spain) [J].Clay Miner， 34(2):345-364

Cui Zhen-ang，Hou Yue-ming,Xia Zhen,Lin Jin-qing,Liu Wen-tao,Zhang Liang. 2015.Geochemical characteristics and provenance analysis of Holocene sediments in Beibu Gulf，South China Sea[J].Global Geology, 34(3):605-614(in Chinese with English abstract)

Ehrmann W，Schmiedl G，Hamann Y，Kuhnt T，Hemleben C，Siebel W.2007.Clay minerals in late glacial and Holocene sediments of the northern and southern Aegean Sea[J].Palaeogeography,Palaeoclimatology，Palaeoecology，doi:10.1016/j.palaeo.2007.01.004

Franke D，Ehrmann W. 2010 .Neogene clay mineral assemblages in the AND-2A drill core (McMurdo Sound，Antarctica)and their implications for environmental change [J]. Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，286(1-2):55-65

Gibbs Ronald J. 1997.Clay mineral segregation in the marine environment[J].Journal of Sedimentary Research, 47(1):237-243

Gingele F X，De Deckker P，Hillenbrand C D. 2001. Late Quaternary Fluctuations of the Leeuwin Current and Palaeoclimates on the Adjacent Land Masses : Clay Mineral Evidence[J].Australian Journal of Earth Sciences， 48(6):867-874

Gingele F X，Deckker P D，Norman M. 2007.Late Pleistocene and Holocene climate of SE Australia reconstructed from dust and river loads deposited offshore the River Murray Mouth[J].Earth and Planetary Science Letters， 255:257-272

Hamann Y，Ehrmann W，Schmiedl G，Kuhnt T.2009.Modern and late Quaternary clay mineral distribution in the area of the SE Mediterranean Sea[J].Quaternary Research， 71:453-464

Junttila J，Ruikka M，Strand K. 2005. Clay-mineral assemblages in high-resolution Plio-Pleistocene interval at ODP Site 1165，Prydz Bay，Antarctica[J].Global and Planetary Change， 45:151-163

Keller W D. 1970.Environmental Aspects of Clay Minerals[J].J Sediment Petrol， 40:788-859

Li Chun-di,Yan Wen,Chen Mu-hong,Chen Zhong,Tang Xian-zan,Gu Sen-chang,Zheng Fan. 2005.The sedimentary sequencesrevealed by REE records from West Pacific Warm Pool and their climatic events [J].Progress in Natural Science. 15(7):830-836(in Chinese)

Li Zhen，Zhang Yu-lan，Li Yong-xiang，Zhao Jing. 2010.Palynological records of Holocene monsoon change from the Gulf of Tonkin (Beibuwan)，northwestern South China Sea[J].Quaternary Research，doi:10.1016/j.yqres.2010.04.012.

Liu Jian,Lu Hong-feng,Su Xin,Chen Fang，Chen Dao-hua,Chen Si-hai.2012.Element geochemistry of Core BY1 from the northern South China Sea and its paleoenvironmental implication[J] .Journal of Tropical Oceanography，31(5):6-11(in Chinese with English abstract)

LiuZhi-fei, Colin Christophe,LiXia-jing, Zhao Yu-long, Tuo Shouting,Chen Zhong,SiringanFernando P,LiuJamesT, Huang Chi-yue;You Chen-feng, HuangKuo-fang. 2010.Clay mineral distribution in surface sediments of the northeastern South China Sea and surrounding fluvial drainage basins:Source and transport[J] .Marine Geology, 277(1):48-60

Liu Zhi-fei,Li Xia-jing.2011.Discussion on smectite formation in the South China Sea sediments. [J].Quaternary Sciences,31(2):199-206(in Chinese with English abstract)

Liu Zhi-fei, Colin, Christophe,HuangWei,Le KhanhPhon,TongSheng-qi;ChenZhong, Trentesaux Alain. 2007.Climatic and tectonic controls on weathering in South China and Indochina Peninsula:Clay mineralogical and geochemical investigations from the Pearl,Red,and Mekong drainage basins[J].Geochemistry,Geophysics,Geosystems,2007,8(5):Q05005.doi:10.1029/2006GC001490.

Robert C. 2004.Late Quaternary variability of precipitation in Southern California and climatic implications:Clay mineral evidence from the Santa Barbara Basin，ODP Site 893[J].Quaternary Science Reviews， 23(9-10):1029-1040

Shi Xing-min,Li You-li,Yang Jing-chun. 2007.Enviromental significance and clay mineral characteristics of Mogu lake sediment of manas river[J] .Arid Land Geography, 30(1):84～88.(in Chinese with English abstract)

Song Gang-lian.2012.Hydrocarbon accumulation characteristics in the Weixinan Sag, Beibu Gulf Basin[J] .Geology and Exploration.48(2):415-420(in Chinese with English abstract)

Stuiver M,T F Braziunas,P M Grootes,Zielinski G l. 1997.Zielinski.Is there evidence for solar forcing of climate in the GISP2 oxygen isotoperecord?[J].Quaternary Research, 48:259-266

Tang Dan-ling，Kawamura Hiroshi，Lee Ming-an，Dien TranVan. 2003.Seasonal and spatial distribution of chlorophyll-α concentrations and water conditions in the Gulf of Tonkin，South China Sea[J].Remote Sensing of Environment， 85:475-483

Tang Xian-zan, Chen Zhong, Yan Wen, Chen Mu-hong. 2003.YD and Heinrich cold event recorded by magnetic susceptibility of sediments from West Pacific Warm Pool[J] .Chinese Science Bulletin, 48(5):491-495(in Chinese)

Tang Yan-jie,Jia Jian-ye,Xie Xian-de. 2002.Environment significance of clay minerals[J].Earth Science Frontiers, 9(2):337-344(in Chinese with English abstract)

Tu Xia,Zheng Fan,Xiang Rong,Chen Mu-hong, Tang Xian-zan, Yan Wen. 2005.Planktonic foraminifera respondence to changes of West Pacific Warm Pool since last Glacial[J]. Journal of Tropical Oceanography，24(1):1-7(in Chinese with English abstract)

Vanderaveroet P. 2000.Miocene to Pleistocene clay mineral sedimentation on the New Jersey Shelf [J].Oceanologica Acta， 23(1):25-36

Wang Shao-wu,Gong Dao-yi.2000.Several features temperatures during the Holocene in China[J].Progress in Natural Science. 10(4):325-332 (in Chinese)

Wang Xin-yuan,Wu Li,Zhang Guang-sheng,Wang Guan-you,Han Wei-guang. 2008.Characteristics and environmental significance of magnetic susceptibility and grain size of lake sediments since Holocene in Chaohu Lake,Anhui Province[J].Scientia Geographica Sinica， 28(4):548-553(in Chinese with English abstract)

Wu Jiang-ying,Shao Xiao-hua,Wang Yong-jin. 2007.Timing and structure of glacial climate events derived from an annually-growth stalagmiteδ18Orecord from Hulu Cave,Nanjing. [J]. Scientia Geographica Sinica， 27(1):75-80(in Chinese with English abstract)

Wu Min,Li Sheng-rong,Chu Feng-you,Long Jiang-ping,Tan Wen-huai. 2007.The assemblage and environmental aignificance of clay minerals in the surficial sediments around HaiNai Island[J].Mineral Petrol. 27(2):101-107(in Chinese with English abstract)

Wu Min,Li Sheng-rong,Chu Feng-you,Long Jiang-ping,Yang Hai-bing,Tan Wen-hua,Zhou Wei. 2011.Paleoclimate environmental significance of clay mineral analysis of Core B106 at offshore Hainan Island[J].Journal of Huaihai Institute of Technology(Natural Science Edition),20(1):85-91(in Chinese with English abstract)

Xu Jian，Holbourn Ann，Kuhnt Wolfgang，Jian Zhi-min,Kawamure Hiroshi．2008. Changes in the thermoclinestructure of the Indonesian outflow during Terminations I and II[J].Earth and Planetary Science Letters,273(1 /2): 152-162

Yan Wen,Chen Mu-hong,Li Chun-di,Tang Xian-zhan,Chen Zhong,Zheng Fan. 2006.The sedimentary sequences during last 30ka revealed by REE records in Core WP92-3 from West Pacific Warm Pool and their enviromental implications[J] .Acta Mineralogica Sinica, 26(1):22-28(in Chinese with English abstract)

Yuan Dao-xian,Cheng Hai,Edwards R Lawrence,Dykoski Carolyn A,Kelly Megan J,Zhang Mei-liang.. 2004.Timing,duration and transitions of the last Interglcial Asian Monsoon[J].Science, 304:575-579

Zhou Shi-wen,Liu Zhi-fei,Zhao Yu-long,Karl Stattegger,Martin G.Wiesner. 2014.A high-resolution clay mineralogical record and its paleoenvironmental significance in the northeastern Gulf of Tonkin over the past 2000 years[J].Quaternary Sciences. 34(3):600-610(in Chinese with English abstract)

Zhou Xiao-jing,Chi Ye,Li An-chun,Meng Qing-yong,Hu Gang.2009.Comparisonbetween two methods used for calculating relative clay mineral contents. Marine Geology&Quaternary Geology.,29(6):149-156(in Chinese with English abstract)

[附中文參考文獻(xiàn)]

陳 濤，王河錦，張祖青，王 歡.2005.淺談利用粘土礦物重建古氣候[J] .北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，41(2)：309-406

程 捷，唐德翔，張緒教，田明中，李 艷.2003.粘土礦物在黃河園區(qū)古氣候研究中的應(yīng)用[J] .現(xiàn)代地質(zhì)， 17(1)：47-51

崔振昂，侯月明，夏 真，林進(jìn)清，劉文濤，張 亮.2015.南海北部灣全新世以來沉積物地球化學(xué)特征及物源分析[J] .世界地質(zhì)，34(3)：605-614

李春娣，顏 文，陳木宏，陳 忠，湯賢贊，吉森昌，鄭 范.2005.西太平洋暖池溫區(qū)中心REE記錄的沉積序列及特征氣候事件[J] .自然科學(xué)進(jìn)展，15(7)：830-836

劉 堅(jiān)，陸紅鋒，蘇 新，陳 芳，陳道華，程思海.2012.南海北部BY1鉆孔沉積物元素地球化學(xué)特征及其古環(huán)境意義[J] .熱帶海洋學(xué)報(bào)， 31(5)：6-11

劉志飛，李夏晶．2011.南海沉積物中蒙脫石的成因探討[J]．第四紀(jì)研究， 31(2)：199-206

史興民，李有利，楊景春.2007.新疆瑪納斯河蘑菇湖沉積物中粘土礦物及其環(huán)境意義[J].干旱區(qū)地理， 30(1)：84～88

宋剛練.2012.北部灣盆地潿西南凹陷油氣成藏特征研究[J].地質(zhì)與勘探, 48(2):415-420

湯賢贊，陳 忠，顏 文，陳木宏.2003.西太平洋暖池溫區(qū)中心沉積物磁化率記錄的YD和Heinrich冷事件[J] .科學(xué)通報(bào)，48(5)：491-495

湯艷杰，賈建業(yè)，謝先德. 2002.粘土礦物的環(huán)境意義[J] .地學(xué)前緣， 9(2)：337-344

涂 霞，鄭 范，向 榮，陳木宏，湯賢贊，顏 文.2005.末次冰期以來西太平洋暖池變化的浮游有孔蟲記錄[J] .熱帶海洋學(xué)報(bào)，24(1)：1-7

王紹武，龔道溢.2000.全新世幾個(gè)特征時(shí)期的中國(guó)氣溫[J].自然科學(xué)進(jìn)展，10(4)：325-332

王心源，吳 立，張廣勝，王官勇，韓偉光.2008.安徽巢湖全新世湖泊沉積物磁化率與粒度組合的變化特征及其環(huán)境意義[J].地理科學(xué)，28(4)：548-553

吳 敏，李勝榮，初鳳友，龍江平，譚文化.2007.海南島周邊海域表層沉積物中粘土礦物組合及其氣候環(huán)境意義[J] .礦物巖石，27(2)：101-107

吳 敏，李勝榮，初鳳友，龍江平，楊海兵，譚文化，周渭.2011.海南島近海B106柱粘土礦物學(xué)指標(biāo)的古氣候環(huán)境意義[J] .淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，20(1)：85-91

吳江瀅，邵曉華，汪永進(jìn).2007.南京年紋層石筍δ18O記錄的冰期氣候事件特征[J].地理科學(xué)，27(1)：75-80

顏 文，陳木宏，李春娣，湯賢贊，陳 忠，鄭范.2006.西太平洋暖池近3萬年來的沉積序列及其環(huán)境特征-WP92-3柱樣的REE記錄[J] .礦物學(xué)報(bào)，26(1)：22-28

周世文，劉志飛，趙玉龍，Karl Stattegger,Martin G. Wiesner. 2014.北部灣東北部2000年以來高分辨率粘土礦物記錄及古環(huán)境意義[J] .第四紀(jì)研究， 34(3)：600-610

周曉靜，池 野，李安春，孟慶勇，胡 剛.2009.兩種方法計(jì)算粘土礦物相對(duì)含量結(jié)果的比較[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，29(6)：149-156

Distribution Features of Clay Mineral of Sediments in the Beibu Gulf and Their Environmental Significance

HE Hai-jun，GAN Hua-yang，SHI Yao-hong，LIU Wen-tao

(MLRKeyLaboratoryofMarineMineralResources，GuangzhouMarineGeologicalSurvey，Guangzhou,Guangdong510075)

This study focuses on14C chronology and clay mineralogy of SO-31 sedimentary cores in the Beibu Gulf of the South China Sea. It also compares part of global climate events. The purpose is o provide basic information for paleoenvironmental and paleoclimatic recovery, as well as global climate event response in this region. The results show that the sedimentary strata was normal with an average deposition rate of 0.57mm/a in Holocene. The main clay minerals are smectite, illite, kaolinite and chlorite. Clay minerals comprise the combination of smectite-illite- kaolinite-chlorite. The palaeoclimate of Beibu Gulf has experienced five stages since Holocene: relatively cold period，alternating wet and dry cold period，gradually heating period，arid warm period，and wet-hot period. In addition, the clay mineral indexes also recorded several sub cold-warm changes under the background of five main periods. The trend of climate change was alternating wet and dry, and the temperature rose gradually. Due to the marine environment and mineral indicators, the time of cooling events recorded by clay minerals in SO-31 Beibu Gulf were 500-800 years later than the time of YD cooling events which were recorded by other indicators.

clay minerals，distribution，environmental significance，sedimentation rate，Beibu Gulf

2016-03-14;

2016-04-14;[責(zé)任編輯]陳英富。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“南海北部灣全新世環(huán)境演變及人類活動(dòng)影響研究”(編號(hào)：1212010914027)資助。

何海軍(1986年-)，男，工程師，從事海洋地質(zhì)與環(huán)境研究工作， E-mail:hehaijun1986@126.com。

P66

A

0495-5331(2016)03-0584-10